结晶

结晶是固体形成的过程，其中原子或分子被高度组织成一种称为晶体的结构。 晶体形成的一些方式是从溶液中沉淀、冻结，或者更罕见的是直接从气体中沉积。 所得晶体的属性在很大程度上取决于温度、气压等因素，在液晶的情况下，还取决于液体蒸发的时间。

结晶发生在两个主要步骤中。 xxx个是成核，从过冷液体或过饱和溶剂中出现结晶相。 第二步称为晶体生长，即颗粒尺寸的增加并导致晶态。 这一步的一个重要特征是松散的颗粒在晶体表面形成层，并进入开放的不一致处，如孔隙、裂缝等。

大多数矿物质和有机分子很容易结晶，所得晶体通常质量良好，即没有可见缺陷。 然而，较大的生化颗粒，如蛋白质，通常难以结晶。 分子结晶的难易程度在很大程度上取决于原子力（对于矿物质）、分子间力（有机和生化物质）或分子内力（生化物质）的强度。

结晶也是一种化学固液分离技术，其中发生溶质从液体溶液到纯固体结晶相的质量转移。 在化学工程中，结晶发生在结晶器中。 结晶因此与沉淀有关，虽然结果不是无定形或无序的，而是晶体。

结晶过程包括两个主要事件，成核和晶体生长，它们由热力学性质和化学性质驱动。成核是分散在溶剂中的溶质分子或原子开始聚集成簇的步骤，在微观尺度上（ 提高小区域的溶质浓度），在当前操作条件下变得稳定。 这些稳定的簇构成了原子核。 因此，簇需要达到临界尺寸才能成为稳定的核。 这种临界尺寸取决于许多不同的因素（温度、过饱和度等）。 在成核阶段，原子或分子以定义的周期性方式排列，从而定义了晶体结构——请注意，晶体结构是一个特殊术语，指的是原子或分子的相对排列，而不是晶体的宏观性质 晶体（大小和形状），尽管这些是内部晶体结构的结果。

晶体生长是随后成功达到临界簇尺寸的晶核尺寸增加。 晶体生长是一个动态过程，发生在平衡状态下，溶质分子或原子从溶液中沉淀出来，然后溶解回溶液中。 过饱和度是结晶的驱动力之一，因为物质的溶解度是由 Ksp 量化的平衡过程。 根据条件，成核或生长可能比另一个占主导地位，这决定了晶体尺寸。

许多化合物具有结晶的能力，其中一些具有不同的晶体结构，这种现象称为多晶现象。 某些多晶型物可能是亚稳态的，这意味着虽然它不处于热力学平衡状态，但它是动力学稳定的并且需要一些能量输入来启动向平衡相的转变。 实际上，每种多晶型物都是不同的热力学固态，同一化合物的晶体多晶型物表现出不同的物理性质，例如溶解速率、形状（小平面之间的角度和小平面生长速率）、熔点等。因此，多晶现象是 在结晶产品的工业制造中具有重要意义。 此外，晶相有时会因温度等不同因素而相互转化，例如在二氧化钛的锐钛矿相到金红石相的转变中。

有许多涉及结晶的自然过程的例子。

地质时间尺度过程示例包括：

• 天然（矿物）晶体形成（另见宝石）；
• 钟乳石/石笋，年轮形成；

人类时间尺度过程示例包括：

• 雪花形成；
• 蜂蜜结晶（几乎所有类型的蜂蜜都会结晶）。

晶体的形成可分为两种，xxx种晶体由阳离子和阴离子组成，也称为盐，如乙酸钠。 第二种类型的晶体由不带电的物质组成，例如薄荷醇。

晶体形成可以通过多种方法实现，例如：冷却、蒸发、添加第二溶剂以降低溶胶的溶解度。